CN100456857C - 在通信系统中对码元扩展的方法 - Google Patents

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Abstract

一种扩频器(216)，包括代码发生器(301)和异或电路(303)。在本发明的优选实施例中，代码发生器(301)产生具有基于当前传输速率的长度与值的码。然后，这种码与输入的数据流进行异或运算以产生扩频数据。

Description

在通信系统中对码元扩展的方法
技术领域
本发明涉及一种通信系统，尤其是涉及用于在通信系统中对码元扩展的方法和装置。
背景技术
在当前的码分多址(CDMA)通信系统中，将被传输的数据基于传输速率在帧内被重复。特别地，话音编码数据以一特定的传输速率离开话音编码器(声码器)并被卷积编码。当码元离开卷积编码器时，它们被多次重复，重复的次数为基于当前的传输速率。以此方式同时重复码元的结果是为了使通过空中接口的数据速率恒定而不受传输速率的影响。这在图1中得到说明。如图所示，卷积编码器112以固定的一数据位对二数据码元的编码速率(也就是1/2速率)对输入数据位110编码，以使卷积编码器112以两倍的输入数据速率输出数据码元114。在这种情况下，输入位“0”经卷积编码结果为码元“01”。编码器112的输出被输入码元重复器116，在这里，输入码元基于传输速率(也就是全速率，1/2，1/4或1/8速率)被多次重复。在这个特殊的例子中，码元被重复一次，即1/2速率传输。
利用当前传输方案的一个基本问题是用于子速率传输(特别的情况为1/8速率帧)的数据重复导致被接收器错误确定传输速率。特别地，由于每一码元被重复多次，可能产生很长的零串。这些零串容易被全速率解码器解码，并且已观察到引起极低的码元差错率(SER)，从而导致帧被错误地解码为全速率帧。因此，存在对一种用于在通信系统中传输的方法和装置的需求，以减少通信系统中的错误。
发明内容
本发明包括一种用于在发射机中对用户数据进行编码的方法，该方法包括如下步骤：以多种预定传输速率中的一种传输速率接收输入数据；从多种预定传输速率中确定所接收的输入数据的传输速率；确定扩频码，其中扩频码具有关联于所述传输速率的的长度和值，而所述值与关联于其它传输速率的扩频码的值不相关并且也不依赖于用户；和利用所述扩频码对数据进行扩频以形成依赖于传输速率的扩频序列。
此外，本发明包括一种用于对数据解码的方法，该方法包括步骤：接收输入数据；确定多个扩频码，其中所述多个扩频码中的每一个扩频码都具有关联于多个可能的传输速率中的一个传输速率的长度和值，而所述多个扩频码中每一个扩频码的所述值与关联于所述多个可能的传输速率中其它传输速率的所述多个扩频码中的其他扩频码的值不相关，并且所述多个扩频码中的每一个扩频码也不依赖于用户；和利用所述多个扩频码中的每个扩频码对所述输入数据进行解扩频以形成多个解扩频数据序列；利用关联于与解扩频所述数据所使用的扩频码所关联的传输速率一样的传输速率的各个解码器对所述多个解扩频数据序列中的每个解扩频数据序列进行解码；和根据所述的多个输出数据序列确定所接收的数据的传输速率。
此外，本发明还包括一种装置，其包括输出扩频码的代码发生器，其中所述的扩频码具有基于传输速率的长度，和具有扩频码和作为输入的数据并输出扩频数据的异或电路。
此外，本发明还包括一种装置，其包括一第一解扩频器，其具有作为输入的数据并输出与具有第一值和第一长度的第一扩频码进行异或运算的数据，一第二解扩频器，其具有作为输入的数据并输出与具有第二值和第二长度的第二扩频码进行异或运算的数据。提供了一种第一维特比解码器，其具有作为输入的与第一扩频码进行异或运算的数据并且将解码度量输出到速率确定器，并提供了一种第二维特比解码器，其具有作为输入的与第二扩频码进行异或运算的数据并且将解码度量输出到速率确定器。
此外，本发明包括一种装置，其包括一种卷积编码器，所述编码器具有作为输入的数据并且输出已卷积编码的数据，和一种码元扩展器，其具有卷积编码的数据和作为输入的传输速率并且输出扩展码元，其中扩展码元被利用基于传输速率的扩频码来扩频。
附图说明
图1说明了现有技术的码元重复；
图2为根据本发明的优选实施例的基站发射机的方框图；
图3为根据本发明的优选实施例的图3的码元扩展器的方框图；
图4为根据本发明的优选实施例的解码器的方框图；
图5为根据本发明的优选实施例图示图2的码元扩展器的工作的流程图；
图6为根据本发明的优选实施例说明图4的工作的流程图；
图7为说明根据本发明的优选实施例码元扩展器的方框图。
具体实施方式
针对上述需要，在此提供一种用于扩展码元的方法和装置。码元扩展器包括代码发生器和异或电路。在本发明的优选实施例中，代码发生器生成一种码，其长度与值依赖于当前传输速率。然后，这种码与输入的数据流进行异或运算以产生扩频数据。
由于每一码元被n位码字替代，与现有技术相关的问题被大大地减少。特别地，现有技术码元重复器生成的长零串被大大地减少。结果，在用于一种传输速率的有效已编码序列和用于另一种传输速率的有效已编码序列间的汉明距离显著地增加。这种汉明距离的增加提高了对帧正确解码的可能性。
现在看附图，其中相同的标号指代相同的部件，图2为根据本发明的优选实施例的基站发射机200的方框图。在本发明的优选实施例中，通信系统200利用直接序列码分多址(CDMA)系统协议，其在电子工业联合会/电信工业联合会的过渡标准95C(TIA/EIA/IS-95C)的“蜂窝系统远程单元基站兼容标准”中被描述。然而，在另外的实施例中，通信系统200可能利用其它数字蜂窝通信系统协议，例如在UMTS宽带CDMA SMG2 UMTS物理层专家组Tdoc SMG2 UMTS-L1222/98(UMTS 222/98)中描述的下一代CDMA结构，在cdma2000国际电信联盟-无线通信(ITU-R)无线传输技术(RTT)候选提交文献中描述的下一代CDMA结构，或者在“用于1.8-2.0GHz的码分多址(CDMA)个人通信系统的个人站-基站兼容要求”中描述的CDMA系统协议(美国国家标准化学会(ANSI)J-STD-008)，或者欧洲电信标准化学会(ETSI)宽带CDMA(W-CDMA)协议，但不限于这些协议。本发明也应用于直接序列扩频系统，其利用编码选择技术来输送信息。例如，用户信息可能经来自较多的N个正交波形中的多个n个正交波形的特殊选择而被传输。本发明应用于这些通信系统的正向和反向传输通路。
在工作期间，信道多路复用器208以特定的位速率(例如，8.6kbit/秒)接收信号206(业务信道数据位)。输入业务信道数据206典型地包括被声码器以特定传输速率转换为数据的语音，纯数据，或这两种类型数据的组合。信道多路复用器208多路复用次级业务(例如，数据，尾比特，等)，和/或业务信道数据206上的信令业务(例如控制或用户消息)并以9.6kbit/秒将已多路复用的数据210输出到卷积编码器212。卷积编码器212利用编码算法以固定的编码速率将已输入的数据位210编码为数据码元，所述编码算法(例如卷积或块编码算法)使将数据码元的顺序最大似然解码为数据位更容易。例如，卷积编码器212以固定的编码速率对已输入的数据位210(被以9.6kbit/秒的速率接收到)进行编码，所述固定编码速率为一个数据位对两个数据码元(也就是1/2速率)以使卷积编码器212以19.2k码元/秒的速率输出数据码元214。
在本发明的优选实施例中，现有技术的码元重复器114已被一码元扩展操作所替代。数据码元214离开编码器212并被输入到码元重复器216，在这里每一个码元依据它们的声码器传输速率(例如全速，1/2，1/4，或1/8速率)被扩频。已扩频的码元218离开重复器216并进入交织器220。交织器220按码元级交织输入的码元218。在交织器220中，数据码元218被单独地输入到定义了一个已预定的数据码元218的块大小的矩阵。数据码元218被输入到矩阵的位置中，以使矩阵被以逐列的方式填充。数据码元218被单独地从矩阵的位置中输出，以使矩阵被以逐行的方式清空。典型地，矩阵为具有行数与列数相等的方阵；然而，可以选择其它的矩阵形式，以增加在连续地输入的非交织数据码元之间的输出交织间距。交织数据码元222被交织器220以与输入相同的数据码元速率(例如19.2k码元/秒)输出。被矩阵定义的数据码元块的预定的大小从数据码元的最大个数得出，该数据码元可以被以在预定长度的传输块内的预定码元速率传输。例如，如果预定的传输块的长度为20毫秒，则预定的传输块的长度为19.2k码元/秒乘以20毫秒，等于定义了一个16×24的矩阵的384数据码元。
交织数据码元222被输入到长码扰频器224，在这里码元222被长码加扰。已加扰码元226进入正交编码器228。正交编码器228对一正交码(例如，一64元(64-ary)沃尔什码)进行模2运算，并加到每一个交织和扰频数据码元226。例如，在64元正交编码中，被交织和扰频的数据码元226被一64码元正交码或其反序逐一替代。这些64正交码最好是与来自64×64的哈达玛矩阵的沃尔什码一致，在哈达玛矩阵中，沃尔什码为单行或单列的矩阵。正交编码器228重复地输出沃尔什码或其反序，其与以固定码元速率(例如，19.2k码元/秒)输入的数据码元226一致。
为生成I信道和Q信道码扩频序列，沃尔什码序列230用一对短伪随机码232(也就是与长码相比的短码)扰频。I信道和Q信道码扩频序列被用于通过驱动一对正弦曲线的功率电平控制来对一对正交正弦曲线进行二相调制。正弦曲线输出信号被相加，经带通滤波，被转变为RF频率，被放大，经调制器234滤波并被天线236发射以完成信道数据位210的传输。
图3为根据本发明优选实施例的图2的码元重复器的方框图。扩频器216包括代码发生器301和异或电路303。在本发明的优选实施例中，代码发生器301生成具有依赖于当前声码器传输速率的长度和值的码。然后，这种码与输入的数据流进行异或运算以产生扩频数据。
由于每一卷积编码器位被n位码字所替代，与现有技术相关的问题被大大地减少。特别地，现有技术码元重复器生成的长零串被大大地减少。表1和表2说明了这一点。
表1
  输入到卷积编码器   从卷积编码器输出   从现有技术重复器输出(1/8速率)
  0   00   0000000000000000
表2
  输入到卷积编码器   从卷积编码器输出   从码元重复器输出(1/8速率)
  0   00   0101010101010101
表1说明，“0”被输入到1/2速率卷积编码器后，生成“00”的输出结果。由于现有技术码元重复器简单地重复来自卷积编码器的输出，在1/8速率传输期间，“00”被简单地重复8次。显而易见，长零串的这种结果会增加接收器的错误率。与现有技术重复器生成的长零串相比，在本发明的优选实施例中，卷积编码器的输出具有被N位码字或其反序(这里，N＝8代表1/8速率，N＝4代表1/4速率，N＝2代表1/2速率，N＝1代表全速率)代替的每一位。在此例中，自卷积编码器的每一个“0”与8位码字10101010进行异或运算，导致“00”被串0101010101010101代替。
应当注意，将“1”或“0”与一码字各自进行异或运算(模2加)结果为该码字或其反序。例如，“1”与10101010进行异或运算结果为10101010，而将相同的码字与“0”进行异或运算结果为01010101。
图4为根据本发明的优选实施例的解码器400的方框图。由于事先不知道已传输信号的数据速率，所述解码器利用几个解码器406-409来对数据解码，并确定合适的数据速率。特别地，发射机采用何种速率的决定典型地由接收器速率确定器410利用一种速率确定算法(RDA)完成。解码器406-409将度量、或解码特征传递到解码器410，并且解码器410利用来自每一个解码器406-409的解码特征以确定已接收到的帧被以何种速率传输和/或帧是否有用。如果帧包含太多的错误位或其速率不能被确定，则该帧被认为是一擦除帧。RDA典型地具有一系列的规则，遵循RDA以确定速率。例如，一些这类的规则可能如下：
IF CRCfull＝＝TRUE AND SERfull＜＝SERfullthreshold
              THEN FRAME_RATE＝FULL
IF CRCfull＝＝FALSE AND SERfull＞SERfullthreshold
              AND CRChalf＝＝FALSE AND SERhalf＞SERhalfthreshold
              AND SEReighth＜SEReigththreshold
              THEN FRAME_RATE＝EIGTH
这里，
CRCx为对特定速率的循环冗余校验结果；
SERx为对特定速率的码元差错率；和
SERxthreshold为一SERx比较阈值。
在用于各种声码器传输速率的数据解码中，解码器400首先必须在维特比解码前完成对码元的解扩频。因此，根据本发明的优选实施例，已解交织的数据被传给三个解扩频器403-405。解扩频器403-405利用具有基于当前传输速率的长度N的一码字进行解扩频。如上所述，N＝8代表1/8速率，N＝4代表1/4速率，N＝2代表1/2速率，N＝1代表全速率。正如本领域普通的技术人员所知，用于解扩频的码字必须与用于扩频操作的码字相同。通过将适当的码字与已接收的数据进行异或运算，可获得已传输数据的准确的复制。
图5为根据本发明的优选实施例说明图3的码元扩展器的工作的流程图。逻辑流程始于步骤501，其中传输速率，和码元进入扩频器216。代码发生器分析传输速率并确定一特定的扩频码，对码元进行扩频(步骤503)。如上所述，在本发明的优选实施例中，所述的特定扩频码具有基于选择的传输速率的长度。在本发明的优选实施例中，所述的码字完全独立。换句话说，除每一码字的长度基于传输速率变化外，实际的1串和0串也变化。例如，在本发明的优选实施例中，1/2速率码字为01而1/4速率码字和1/8速率码字分别为1010和11001100。最后，在步骤505中，自卷积编码器输出的每一位被用扩频码进行扩频。
如上所述，由于每一卷积编码器位被n位码字替代，与现有技术相关的问题被大大地减少。特别地，现有技术码元重复器生成的长零串被大大地减少。结果，在用于一种传输速率的有效已编码序列和用于另一种传输速率的有效已编码序列间的汉明距离显著的增加。这种汉明距离的增加提高了对帧正确解码的可能性。
图6为根据本发明的优选实施例说明图4的解码器的工作流程图。逻辑流程始于步骤601，其中已解交织数据进入多个解扩频器(例如，1/2速率，1/4速率，和1/8速率扩频器)。在步骤603中，解扩频器利用具有基于传输速率的长度和值的扩频码对数据进行解扩频。最后，在步骤605中，解扩频数据被输出到多个解码器，进行解码。
尽管本发明已被参考一特定的实施例进行了图示和描述，本领域熟练的技术人员将理解到，在不脱离本发明的精神和范围，可以做各种形式和细节的改变。例如，在本发明的另一优选实施例中，仅对一特定的传输速率(例如，1/8速率传输)进行码元扩展。在这种情况下，用于所有其它传输速率(例如全速率，1/2，1/4速率)的码元离开编码器后，将如现有技术一样进行简单地重复。这样一种扩频器如图7所示。如图所示，扩频器216包括一现有技术码元重复器710和开关703。码元扩展如上所述完成，并且码元重复如现有技术一样完成。开关703依据当前的传输速率，要么传送现有技术的已重复的码元要么传送扩展码元。在另一实施例中，仅对1/8速率传输进行扩频，所有其它速率仅如现有技术描述一样进行简单地重复。这意味着此类改变均落所附权利要求的范围内。

Claims (9)

1.一种用于在发射机中对用户数据进行编码的方法，该方法包括如下步骤：
以多种预定传输速率中的一种传输速率接收输入数据；
从所述多种预定传输速率中确定所接收的输入数据的所述传输速率；
确定扩频码，其中所述扩频码包括下述各项中的一个或多个：当传输是1/8速率传输时的八位码字，当传输是1/4速率传输时的四位码字，当传输是1/2速率传输时的2位码字，以及当传输是全速率传输时的1位码字，其中所述扩频码的值与关联于其他传输速率的扩频码值不相关并且也不依赖于用户；和
利用所述扩频码对数据进行扩频以形成依赖于传输速率的扩频序列。
2.根据权利要求1的方法，其中确定传输速率的步骤包括在所述传输速率从至少包含1/8，1/2和全传输速率的组中选取时确定所述传输速率的步骤。
3.根据权利要求1的方法，其中利用所述扩频码对数据扩频的步骤包括将所述输入数据与所述扩频码进行异或运算以形成依赖于传输速率的扩频序列的步骤。
4.根据权利要求1的方法，其中确定传输速率的步骤包括确定话音编码器传输速率的步骤。
5.根据权利要求1的方法，其中接收输入数据包括以从包括了全速率，1/2速率和1/8速率的组中选择的一种话音传输速率接收输入数据，确定所述传输速率包括确定所述话音传输速率是否为1/8速率，确定扩频码包括当所述话音传输速率为1/8速率时确定包括了8位非零码字的8位扩频码。
6.一种用于对数据解码的方法，该方法包括步骤：
接收输入数据；
确定多个扩频码，其中所述多个扩频码中的每一个扩频码都具有关联于多个可能的传输速率中的一个传输速率的长度和值，而所述多个扩频码中每一个扩频码的所述值与关联于所述多个可能的传输速率中其它传输速率的所述多个扩频码中的其他扩频码的值不相关，并且所述多个扩频码中的每一个扩频码也不依赖于用户；和
利用所述多个扩频码中的每个扩频码对所述输入数据进行解扩频以形成多个解扩频数据序列；
利用关联于与解扩频所述数据所使用的扩频码所关联的传输速率一样的传输速率的各个解码器对所述多个解扩频数据序列中的每个解扩频数据序列进行解码；和
根据所述的多个输出数据序列确定所接收的数据的传输速率。
7.根据权利要求6的方法，其中利用各个扩频码对所述输入数据进行解扩频的步骤包括在所述扩频码关联于全传输速率时用一位码字对所述输入数据解扩频的步骤。
8.根据权利要求6的方法，其中确定多个扩频码的步骤包括确定具有关联于1/2传输速率的长度和值的第一扩频码的步骤和确定具有关联于1/8传输速率的长度和值的第二扩频码的步骤。
9.根据权利要求6的方法，其中对所述输入数据进行解扩频的步骤包括将所述输入数据与所述多个扩频码中的各个扩频码进行异或运算以形成多个解扩频数据序列的步骤。
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